(Schwer)Metalle-I - papa-gey.de

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Toxikologie

Thema der Vorlesung:

(Schwer)Metalle-I

M. Gey Metalle-I

1


1. Historisches



3000 v. Chr.

◊ Ägypter benutzen vermutlich Kupfer, um Wasser zu sterilisieren

2500 v. Chr.

◊ In China Verwendung von Gold für medizinische Zwecke

⎜ um 1500


Quecksilberchlorid wird als Diureticum verwendet

⎜ > 1500


Paracelsus führte anorganische Salze als Therapeutika ein

(As, Cu, Fe, Hg)

M. Gey Metalle-I

2


1. Historisches

⎜ um 1900


Arsenpräparate (Salvarsan) werden erfolgreich gegen Syphylis

und Goldcyanid gegen Tuberculose eingesetzt

⎜ 1912


Erster Einsatz von Antimon-haltigen Substanzen gegen durch

Parasiten verursachte Seuchen

⎜ 1929


Goldverbindungen werden in Frankreich das erste Mal zur

Behandlung von rheumatischen Arthritis eingesetzt

⎜ 1979


Zulassung des tumorhemmenden Cis-Platin durch die

amerikanische FDA

M. Gey Metalle-I

3


2. Einführung


Was sind Schwermetalle?


es gibt keine verbindliche, einheitliche Definition


Ca. 38 Definitionen sind nach JUPAC bekannt

◊ Definition-1: sind Metalle mit einer Dichte > 5 g/cm 3


Weitere Defintionen beziehen sich auf die “Atommasse” oder

auch auf die Ordnungszahl


Schwermetalle allein als toxisch zu bezeichnen ist problematisch,

da es auch essentielle Vertreter (z.B. Chrom, Eisen, Nickel, Zink)

gibt

M. Gey Metalle-I

4


Mengen-, Spuren-, Ultraspurenelemente


Einteilung der anorganischen Lebensmittel- und Körperbestandteile

◊ Mengenelemente: Ca, Cl, K, Mg, Na, P, S

◊ Spurenelemente mit

Mangelerscheinungen:

Co, Cu, Fe, I, Se, Zn

◊ Spurenelemente ohne

Mangelerscheinungen:

Mn, Mo, Ni

◊ Ultraspurenelemente: As, Ba, Cr, Li, Sn, Sr, Ti

M. Gey Metalle-I

5


Mengenelemente

new

Mengenelemente: kommen in verschiedenen

Medien mit Konz. > 50mg/kg vor

Ca:

Stabilisierung des Skeletts,

Bedeutung für die Erregungsleitung

(s. Muskelkontraktion)

Cl, Na:

Bedeutung für den Wasserhaushalt,

Säure-Basengleichgewicht

K: Aufrechterhaltung des Membranpotential,

Blutdruckregulation, Eiweiß-/Glycogenbildung

M. Gey Metalle-I

6


Mengenelemente

Mengenelemente: kommen in verschiedenen

Medien mit Konz. > 50mg/kg vor

new

Mg:

Na/K:

Bestandteil von Knochen, Zähnen,

zahlreichen Enzymen und

energiereichen Phosphatverbindungen

Konzentrationsgefälle bei Nervenzellen

P: ATP, als Phosphat-Bestandteil v. Knochen,

Phospholipide

S: Bestandteil von AS sowie der B-Vitamine

Biotin und Thiamin

M. Gey Metalle-I

7


Spurenelemente

new


Spurenelemente: kommen in verschiedenen

Medien mit Konz. < 50mg/kg vor

Spurenelemente mit Mangelerscheinungen:

Co: Bestandteil von Vitamin-B12

(Cyanocobalmin)

Cu:

Fe:

Bestandteil zahlreicher Red-Ox-Systeme

Hämoglobin

I: Schilddrüsenhormone

Se:

Zn:

In Selenproteinen (Glutathionperoxidase)

Zn-abhängige Enzyme (Synthese von Kollagen)

M. Gey Metalle-I

8


(Schwer)Metalle sind ubiquitär und persistent

Schadstoffe

Luft

(Atmosphäre)

Schadstoffe

Pflanze

Tier

Mensch

Wasser

(aquatisches Sytem)

Boden

(terrestrisches Syteme)

M. Gey Metalle-I

9


Schwermetalle

Cd

Luft

Boden

Wasser

Lunge

Pflanze

Moos

Absterben

Absterben

Cd-Detoxifikation

durch PC

Enzündungen

Karzinome

Cd-Komplexierung

durch MT

PC: Phytochelatine

MT: Metallothioneine

Cd-Biomonitor

durch PC

10


Essentielle versus toxische Metalle

positiv

optimal

physiologische Wirkung

Cd, Pb

unbenötigte

Elemente

essentielle

Elemente

Zn, Cu

Dosis

Dosis-Wirkung-

Beziehung von

essentiellen und

unbenötigten

Elementen

toxisch

M. Gey Metalle-I

11


Bindungsformen von Metallen (Auswahl)

Metalle

Anorganische

oder

organische

Komplexe

Ionenverbindungen

Kovalente

Bindungen

Bestandteile

von

Proteinen

CH 3 - Hg - CH 3

NaCl

(CH 3 ) 4 Pb

HgCl 2

(C 2 H 5 ) 4 Pb

M. Gey Metalle-I

12


Metalle und Proteine/Enzyme


Einige Funktionen von Spurenelementen sowie Folgen eines

vollständigen Mangels im Organismus (Auswahl)

Element Bestandteil von Vollständiger Mangel bewirkt u.a.

Cr Glucosetoleranz- Diabetes

faktor

Co Vitamin B12 Anämie, Ausbleiben der

Nucleinsäuresynthese

Fe Hämoglobin Unterbrechung der O 2 -

Verteilung

Cu Tyrosinase Ausbleiben der Pigmentbildung

(weiße Haare)

Mn Pyruvatcarboxylase Citronensäurecyclus

unwirksam

M. Gey Metalle-I

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Persistenz von Metallen







Persistenz (aus lat. persistere: “verharren”, allgemein;

“sehr dauerhaft”, “sehr stabil”).

Metalle können nicht (biologisch) abgebaut werden.

Sie werden deshalb auch über größere Entfernungen

“transportiert” (ubiquitär).

Eine Metallverbindung kann höchstens in eine andere

umgewandelt werden.

Solche Umwandlungsreaktionen (u.a. Methylierung von Hg)

führen z.B. erst zu den eigentlich toxischen Verbindungen.

In Böden binden Schwermetalle an Tonteilchen oder

Huminstoffe so fest, dass sie kaum ausgewaschen werden.

M. Gey Metalle-I

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Schwermetalle und Pflanzen




Schwermetallgehalte von Böden in industriellen Regionen

können ca. 100-fach größer sein im Vergleich zu ländlichen

Gebieten.

Sandige Böden (z.B. in Norddeutschland) sind mit Schwermetallen

nur wenig belastbar; schwere Böden mit deutlich

höheren Ton- und Huminstoffanteilen (wie in Süddeutschland)

hingegen adsorbieren viel mehr dieser Schadstoffe.

Die Übergänge von Schwermetallen aus dem Boden in die

Pflanze ist unterschiedlich und kann mit Hilfe eines Transferfaktors

(F) “quantifiziert werden.

M. Gey Metalle-I

15


Schwermetalle und Pflanzen


F wird wie folgt ermittelt:

Metallkonzentration in der Pflanze

F = ----------------------------------

Metallkonzentration im Boden



Die Konzentrationen beziehen sich auf Trockensubstanz und werden in

mg/kg angegeben.

Je leichter das Metallion aus dem Boden von der Pflanze

aufgenommen wird, um so größer ist F.

Element Transferfaktor Eigenschaft der Ionen

Pb, Hg, Co, Cr 0,01…0,1

äußerst unbeweglich

Ni, Cu 0,1…1,0 mäßig beweglich

Zn, Cd 1,0…10 gut beweglich

C. Bliefert, “Umweltchemie” Metalle-I

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Metalle als “Biomonitore”

⎜ Pflanzen zeigen z.B. Metalle an!

• Galmei-Veilchen:

gedeiht auf Zink-reichen Böden

• Lichtnelke:

zeigte schon im Mittelalter Kupfer-Vorkommen an

M. Gey Metalle-I

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Metalle als “Biomonitore”

⎜ Pflanzen reichern z.B. Metalle an!

• Windengewächs (Ipomoea alpina) reichert Cu bis 1,2 % an

(bezogen auf Trockenmasse, TM).

• Hellerkraut (Thlaspi calaminare) reichert ca. 1% Zn an

(bezogen auf TM)

M. Gey Metalle-I

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Toxikologie

Thema der Vorlesung:

(Schwer)Metalle-II

Blei, Cadmium, Quecksilber

M. Gey Metalle-II

1


3. Blei – “Historisches”



Pb-haltige Zinngefäße und Pb-haltige Innenglasuren von

Keramik- und Tongeschirr kontaminierten Nahrung (Resultat:

Vergiftungen, z.T. tödlich).

Bleipigmente in Anstrichfarben.

◊ Bleiacetat (Bleizucker): Süßen von Weinen in früheren Jh.

trotz trakonischer Strafen.


In Weinen sehr alter Jahrgänge finden sich hohe Pb-Gehalte,

früher Anwendung Pb-haltiger Schädlingsbekämpfungsmittel

(Bleiaresenat bzw. Bleihydrogenarsenat, PbHAsO 4

) im

Obst- und Gemüsebau. Verbot in Dtl: 1928, USA: ca. 1960

M. Gey Metalle-II

2


3. Blei – “Historisches”





Versiegelung von Konservendosen mit Pb-haltigem Lot:

Dadurch erhebliche Pb-Mengen in Ölsardinen.

Später wurden Weichblech- und Aluminiumdosen verwendet.

In den USA ging daraufhin der Pb-Gehalt von in Dosen

konservierten Lebensmittel im Zeitraum 1982-1991 von

0,2 mg/kg auf 0,01 mg/kg zurück!

M. Gey Metalle-II

3


3. Blei – “Katastrophen”



1972 (Umgebung der Bleihütte Nordenham/Unterweser),

mehr als 100 Rinder verenden an akuter Pb-Vergiftung.

Ende 70/1980 (Hüttenwerke Oker-Harlingerode bei Goslar)

tote Rinder, + hohe Blut-Blei-Werte beim Menschen.

◊ Oktober 1973: AG eines Gießener Profs. mißt mehrfach

höhere Pb-Gehalte in Fertigsuppen, dies stellt sich später als

falsch heraus!: früher wurden meist zu hohe Pb-Werte

analytisch bestimmt (Faktor ca. 3).

M. Gey Metalle-II

4


3. Blei – Verwendung/Vorkommen

◊ Heute:

PB- vor allem in Batterien,

◊ Tetramethyl- und Tetraethylblei (Antiklopfmittel für

Motorkraftstoffe, Benziner) sind weitestgehend

substituiert worden!

◊ Schießblei

◊ Wäge- und Balastgewichte

◊ Bleisoldaten?

◊ Bleigießen?

M. Gey Metalle-II

5


3. Blei – Grenzwerte und Pb-Gehalte

◊ Trinkwasser (TW): Grenzwert z.Z.: 25 µg/l

◊ Trinkwasser: Grenzwert: 2013: 10 µg/l

◊ TW in Bleirohren: Grenzwert z.Z.: 40 µg/l

◊ PB-Höchstmenge nach EU: 20 µg Pb/kg für Milch

1500 µg Pb/kg für Muscheln

◊ Pilze können ca. 40 mg/kg Trockenmassen enthalten

◊ Pflanzen mit großer Blattfläche: 20 mg/kg

◊ Tierische Nahrungsmittel: 10-100 µg Pb/kg


WHO: tolerierbare wöchentliche Aufnahme: 25 µg/kg KM

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Resorption, Distribution, Elimination


Pb-Verbindungen werden vorwiegend in den Lungen

resorbiert (als Aerosole), teilweise im GIT.


Kinder können bis 50% der Dosis im GIT resorbieren.



Nach Resorption wird Pb im Blut vorwiegend an

Hämoglobin gebunden und schnell im Körper verteilt.

Pb bildet in Knochen/Zähnen mit Phosphat schwerlösliches

Bleiphosphat (Bleidepot, Halbwertszeit bis 30 Jahre!).



Elimination findet (vor allem) renal und (gering) fäkal statt.

Über Haare, Nägel, Schweiß kann Pb bis zu 10% der

Dosis eliminiert werden.

M. Gey Metalle-II

7


3. Blei – Resorption, Distribution, Elimination

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

8


3. Blei – Akute Toxizität


Erste Krankeitssymptome bei Pb-Vergiftungen ab Pb- Gehalte im

Blut von 1 µg/ml; Harn ab 0,1 µg/ml.


Symptome

‣ Bleikoliken (Bleikrämpfe)

‣ Bleienzephalopathie (enképhalos, „Gehirn“ und altgriechisch

pátheia, „Leiden“) ist ein Sammelbegriff für krankhafte

Veränderungen des Gehirns)

‣ Neurologische Symptome: Apathie (Störung der Bewegungscoordination),

Stupor (Starrezustand des Körpers), Agressivität

‣ Bleilähmungen der Arme: Extensorenschwäche (Extension:

von lat. extensio „Streckung“)

M. Gey Metalle-II

9


3. Blei – Chronische Toxizität


Kennzeichen Chronischer Toxizität sind:

‣ Magenschmerzen

‣ Anämie (“Blutleere”)

‣ Subikterische Verfärbung

(Ikterisch: “Gelbfärbung der Haut”)

‣ Bleisaum an der Gingiva

(blauschwarzes Blei(II)-sulfid im

Zahnfleisch um die Zahnhälse)

M. Gey Metalle-II

10


3. Blei – Acute und Chronische Toxizität

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

11


3. Blei – Acute und Chronische Toxizität





Bei akuter und chronischer (anorganischer) Pb-Exposition

sind vor allem die Hämoglobin-Biosynthese im roten

Knochenmark sowie Nieren, ZNS und GIT betroffen.

Bei der “Hämsynthese” hemmt Pb die δ-Aminolevulinsäure-

Dehydratase, (δ-ALA-D).

Dieses Enzym katalysiert die Umwandlung von δ-Aminolevulinsäure

(δ-ALA) zum Porphobilinogen (das δ-ALA

selbst wird in den Mitochondrien durch Succinyl-CoA und

Glycin gebildet).

Bei Hemmung der δ-ALA-D durch Pb steigt der Pegel der

δ-Aminolevulinsäure im Harn deutlich an; Werte > 0,3 µg

pro ml Harn deuten auf eine Pb-Intoxikation hin!

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

12


3. Blei – Acute und Chronische Toxizität

Inhibition der δ-ALA-D durch Pb,

Anstieg von δ-ALA im Harn ist Indikator für Pb-Intoxikation!

O -

COO - COO -

H 3 N + O O - H 3 N + O

O

O

+ Pb

δ-ALA-D

H 3 N +

N

H

2 Moleküle δ-ALA Porphobilinogen

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Acute und Chronische Toxizität




Weitere 2 Enzyme werden bei Pb-Intoxikationen gehemmt:

Die Hemmung der Koprogenase und Ferrochelatase führt

zum Anstieg von Korpoporphyrin III im Urin (brauner

Farbstoff, der die Haut subikterisch färbt) und zum Anstieg von

Protoporphyrin IX in den Erythrocyten.

Die Hemmung des Eiseneinbaus führt zu hypochromer Anämie.

Ikterisch: “Gelbfärbung der Haut”

Anämie: Griech.: „anaimos“ „blutlos“ und setzt sich zusammen aus

der Vorsilbe αν (an): „ohne“ und dem Wort haima für „Blut“.

Hypochrome Anämien treten zumeist infolge von Eisenmangel oder

Problemen mit der Nutzung des Eisens im Körper auf.

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Acute und Chronische Toxizität

Porphobilinogen

Uroporphyrinogen

III

Koproporphyrinogen

III

Koproporphyrin

III

Uroporphyrin

III

Pb

Protoporphyrinogen

Kaprogenase

Protoporphyrin

IX

+ Fe 2+

Ferochelatase

Pb

Häm

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

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3. Blei – Therapie bei Intoxikationen


Chelatbildner sind gut wirksame Antidote bei

Bleiintoxikationen

‣ (Ca/Na)-Ethylendiamintetraacetat

- OOC

- OOC

H 2 C

H 2 C

N CH 2 CH 2 N

CH 2

COO -

CH 2 COO -

‣ D-Penicillamin

CH 3

NH 2

H 3 C C CH C

HS

O

OH

M. Gey Metalle-II

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3. Blei – Therapie bei Intoxikationen


Chelatbildner sind gut wirksame Antidote bei

Bleiintoxikationen

‣ BAL (British-Anti-Lewisit, 2,3-Dimercaptopropanol)

H 2 C CH CH 2 OH

HS

SH

‣ DMSA (Dimercaptobernsteinsäure)

HOOC CH CH COOH

SH

SH

M. Gey Metalle-II

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3. Blei: “Bleikinder-Lektüre”



Als Bleikinder werden Kinder bezeichnet, die an einem in

Stolberg im Kreis Aachen in den 1970er Jahren aufgetretenen

Krankheitsbild mit hohem Bleianteil im Körper leiden.

Da Blei nur teilweise aus dem Körper wieder ausgeschieden wird,

lagert sich der Rest im Skelett (sog. Bleisaum an den Knochen)

und in weichen Geweben wie Leber und Nieren ab. Diese

Ablagerungen nennt man auch Depotblei. Bei den in Stolberg

bekannten Zahnbleiuntersuchungen wurden Rückschlüsse auf das

Depotblei gezogen. 36 % der Bleilast bei Kindern liegt auf den

Organen, den Geweben und dem Blut. Beim Erwachsenen sind

dies nur 6 bis 8 Prozent. Der Rest lagert jeweils in den Knochen.

Das in der Entwicklung befindliche Nervensystem von Embryonen

und Kindern kann durch eine Bleibelastung geschädigt werden.

Eine weitere Risikogruppe sind Schwangere.

Wikipedia

Metalle-II

18


3. Blei: “Bleikinder-Lektüre”


1979 untersuchte das Medizinische Institut für Umwelthygiene der

Universität Düsseldorf die Bleigehalte von Milchzähnen Stolberger

Kinder. Eine längere Wohndauer in Stolberg und die Tatsache,

dass der Vater des Kindes Bleihüttenarbeiter war, wirkte sich

deutlich steigernd auf die Schwermetallanreicherung in den

Zähnen aus. Folgende Blutbleiuntersuchungen bestätigten diese

Befunde: Im Sommer 1982 wurden bei 213 Kindern aus

verschiedenen Ortsteilen Stolbergs der Blei- und Cadmiumgehalt

im Blut bestimmt. Aus dem Umfeld der Bleihütte Binsfeldhammer

wurden 45 Kinder gesondert untersucht. Es bestätigte sich das

Ergebnis, dass die Bevölkerung im Nahbereich der Hütte

besonders stark durch bleihaltige Säure belastet ist. Bei acht

Kindern kam es zu beträchtlichen Überschreitungen der

Richtlinienwerte. Der Maximalwert in Stolberg lag bei 38,5 µg

Pb/100 ml Blut.

Wikipedia

Metalle-II

19


3. Blei: “Bleikinder-Lektüre”



Je höher der Zahnbleiwert, desto schlechter schnitten die Kinder

bei Reaktionstests ab. Kinder mit hohem Zahnbleigehalt wurden

eher als „verhaltensauffällig“ bezeichnet. Alle Kinder mit einem

Zahnbleigehalt von über 20 schnitten bei Tests deutlich schlechter

ab als der Durchschnitt. Bleibedingte IQ-Defizite konnten jedoch

nicht nachgewiesen werden.

Im Jahre 1990 stellte Dr. Ewers eine von der Stadt Stolberg und

dem Kreisgesundheitsamt Aachen in Auftrag gegebene

umweltmedizinisch-epidemiologische Studie zur

Schwermetallbelastung der Bevölkerung vor, die zu dem Ergebnis

gelangte, eine weitere Beobachtung sei nicht mehr erforderlich.

Der Maximalwert der Bleigehalts in Stolberg lag bei 15,5 µg

Pb/100 ml Blut.

Wikipedia

Metalle-II

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3. Blei – Bleiazid Pb(N 3 ) 2

s. J. Gartz, “Vom griechischen Feuer zum Dynamit” Metalle-II

21


4. Cadmium – Verwendung, Vorkommen

◊ Legierungen (60%)

◊ Korrosionsschutz

◊ Ni-Cd-Trockenbatterien

◊ Cadmium-Tellurid-Solarzellen

◊ Bildröhren

◊ Farbpigmente (für leuchtende Verkehrsschilder)




Cd kommt ubiquitär vor

Auch Zigaretten enthalten Cd

Höchte Gehalte in Austern, Schweinenieren, Pilzen

M. Gey Metalle-II

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4. Cadmium – Grenzwerte und Cd-Gehalte

◊ Trinkwasser (TW): Höchstmenge: 5 µg/l

◊ Unbelastete Luft-EU: 3 ng/m 3

◊ Belastete Luft-EU: 60 ng/m 3

◊ Pilze, Meeresfrüchte, Kakao: >/=200 µg/kg

◊ Kartoffeln, Reis:


4. Cd – Resorption, Distribution, Elimination


Cd-Verbindungen werden vorwiegend in den Lungen

resorbiert (als Aerosole), teilweise im GIT.




Nach Resorption wird Cd im Blut vorwiegend an

Albumin gebunden und in die Leber und Nieren

transportiert.

Dort stimuliert Cd die Synthese von Metallothioneinen

().

Elimination von Cd findet vor allem fäkal statt. Ein

kleiner Teil wird altersbedingt renal eliminiert.

M. Gey Metalle-II

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4. Cadmium – Akute Toxizität





Eine inhalative Cd-Aufnahme ist mit Krankeitssymptomen

wie Husten, Kopfschmerzen und Fieber verbunden.

Nach 24-stündiger Exposition können sich ein toxisches

Lungenödem und eine Pneumonitis entwickeln.

Die letale inhalative Dosis beträgt beim Menschen

6 mg/m 3 /8h.

Nach Cd-Ingestion kann es zu Erbrechen und schweren

Diarrhöen kommen.

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

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4. Cadmium – Chronische Toxizität




Bildung eines Cd-Saums (gelbe Ringe von CdS) an den

Zahnhälsen.

Aufreten von Degenerationen an den Schleimhäuten von

Nase und Rachen (“Cd-Schupfen”).

Zerstörung von Riechepithelien:

• Hyposmie:

• Anosmie:

teilweiser Verlust des Geruchssinns.

vollständiger Verlust des Geruchssinns.



Obstruktive (“verstopfend”) Atemwegserkrankungen.

Schwere Nierenschäden.

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

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4. Cadmium – Therapie bei Intoxikationen


Bei Inhalation (z.B. CdO):

1.

Atemweg frei machen, Frischluft, ggf. Beatmung.

2.

3.

Inhalation von hohen Glucocorticoid-Dosen (wird

angewandt als erste Hilfe, wenn nach mehrstündigem

Latenzstadium ein toxisches Lungenödem mit

Schädigung der Alveolarstruktur entsteht).

Gabe von BAL (British Anti-Lewisit, siehe Pb).


Bei Ingestion von Cd (induziertes Erbrechen und

Magenspülung, Gabe von Aktivkohle).

Bei chronischen Intoxikationen: keine Gabe von BAL.

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

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4. Cadmium – Itai-Itai-Krankheit



1946 in Japan/Tal des Intsu-Flusses. Zusammenhang zw. Krankheit

u. Cd-haltigem Reis wurde erst in den 60-er Jahren erkannt!

Nieren und Knochenschädigungen (Osteomalzie: erhöhte Weichheit

der Knochen durch mangelhaften Einbau von Mineralstoffen in die Knochenmatrix;

Osteoporose: „Vermindrung der Knochensubstanz“, erhöhte Frakturanfälligkeit)

bei älteren Frauen, die mehrere Kinder geboren hatten.




Unterversorgung der Frauen mit Ca, Vitamin D und Eiweiß

verstärkte die Wirkung des Cadmiums.

Zur Bewässerung v. Reisfeldern hatte man Wasser mit hohem Cd-

Gehalt von flussaufwärts gelegenen Bergwerken verwendet.

Die tägliche Cd-Aufname lag bei 600 µg mit der Nahrung und

1000 µg mit dem Wasser!

M. Gey Metalle-II

29


4. Cadmium – Itai-Itai-Krankheit


Die Knochenschädigungen werden zum großen Teil auf die

Nierenveränderungen durch Cadmium zurückgeführt!

• Durch Cd-induzierte Schädigung der Nierentubuluszellen

resultiert eine verminderte Rückresorption von

Calcium in den Nierentubuli und einer erhöhten Ca-

Ausscheidung mit dem Harn.

• Zur Kompensation der Ca-Verluste wird vermehrt

Calcium aus dem Knochengewebe mobilisiert.

• Siehe auch „Mechanismus der Cd-induzierten

Toxizität"!

M. Gey Metalle-II

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4. Cadmium – Cd und Rauchen





Rauchen ist bei vielen Menschen im Vergleich zur Ernährung ein

bedeutender Einflussfaktor der Cd-Exposition!

1-2 µg Cd pro Zigarette! Dieses verdampft bei der Temperatur

der Zigarettenglut.

Im Rauch enthaltenes Cd wird über die Lunge stärker resorbiert

(ca. 25-50%) als peroral zugeführtes Cd über den GIT (ca. 5%!).

Der Blut-Cd-Gehalt korreliert mit der Zahl pro Tag gerauchten

Zigaretten! Raucher haben 2-4-mal höhere Werte als Nichtraucher!

◊ Untersuchungen aus Canada belegen, dass männliche Raucher 5

mal und weibliche Raucher 4 mal höhere Cd-Gehalte in den Nieren

enthalten im Vergleich zu Nichtrauchern!


Der Cd-Gehalt im Blut eines Nichtrauchers (EU): ca. 1 µg Cd/l.

M. Gey Metalle-II

31


5. Quecksilber – ”Historisches”

◊ Woran erkennt man

ein echtes Van-Gogh-

Gemälde?

‣ Am Quecksilber!

‣ Hg-haltiges Pigment

wurde für die rötlichen

Lippen und Wangen

verwendet.

M. Gey Metalle-II

32


5. Quecksilber – ”Historisches”



In der griechischen Antike symbolisierte das Quecksilber den

Gott und den Planeten Merkur.

Im Altertum wurde Quecksilber als „Heilmittel“ verwendet.

• Als „Abführmittel“ (Hg 2 Cl 2 )

• „Mittel“ gegen Warzen (HgNO 3 )

• „Mittel“ gegen Syphilis (HgCl 2 )




Biozide (seit 1980 in Deutschland Verboten).

als Beizmittel für Saatgut (seit 1984 verboten in Dtl.).

Desinfektionsmittel.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Verwendung, Vorkommen








Thermo-, Mano-, Barometer

HgS Zinnober

Dentalmaterial (Amalgam)

Chloralkali-Elektrolyse

Goldwäsche

Quecksilberdampflampen

Knopfzellen und Batterien

Teleskope mit großer Spiegelfläche („Flüssiger Spiegel“)



Meist findet man Hg als Mineral in Form von Zinnober (s.o.)

(HgS) in Gebieten mit ehemaliger vulkanischer Aktivität.

Hg kommt im geringen Umfang auch gediegen vor.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Grenzwerte und Hg-Gehalte

◊ Trinkwasser (TW): Höchstmenge: 1 µg/l

◊ Belastete Industrie-Luft: 20…50 ng/m 3


“normale Lebensmittel” (Tabelle): 2 … 20 µg/kg

◊ Seefisch: 200 … 1000 µg/kg

◊ BAT-Werte: 20 µg/l Blut; 200 µg/l Harn


WHO: tolerierbare wöchentliche Aufnahme:

3,3 µg Metyl-Hg/kg KM

M. Gey Metalle-II

35


5. Quecksilber – Grenzwerte und Hg-Gehalte

36


5. Quecksilber – Quecksilberverbindungen

• Dampfförmiges Hg: Hg°




Hg° wird zu 80% in den Lungen resorbiert.

Durchdringt leicht Membranen (Blut-Hirn-Schranke).

Kann in Geweben auch länger eingelagert sein.

• Akute Toxizität:

‣ Einwirken von Hg° (1-3 h, c: 1-3 mg/m 3 ) führt zu akuten

Vergiftungen (Lungenentzündung).

• Chronische Toxizität:

‣ Bei Langzeitexposition mit Hg° (0,1-0,2 mg/m 3 ) resultiert

Tremor, Paradontose, erhöhter Speichelfluss und Metallgeschmack.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Quecksilberverbindungen

Anorganisches Hg: Hg + -, Hg 2+ -Verbindungen

◊ Anorgan. Hg verteilt sich zw. Plasma und Erythrocyten 1:1.

◊ Hg 2+ wird nach oraler Aufnahme zu ca. 10%, Hg + weniger als

2% im Darm resorbiert.

◊ Hg +/2+ durchdringen kaum die Blut/Liquor- u. Placenta-Schranke.

◊ Die Elimination erfolgt renal (60%) und fäkal (40%).

• Akute Toxizität:

‣ Hg 2+ -Salze führen nach oraler Aufnahme zu Verätzungen von

Mundhöhle, Rachen, Speiseröhre. Plus Übelkeit/Erbrechen.

• Chronische Toxizität:

‣ Niere ist das Zielorgan der Intoxikation mit Hg 2+ . Es entstehen

Polyurie (erhöhte Urinausscheidung), Akrodynie (Feerkrankheit:

Reizbarkeit, Schlaflosigkeit, Lichtempfindlichkeit).

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Quecksilberverbindungen

Organisches Hg: Methyl-/Ethyl-Hg




Organisches Hg ist lipophil.

Druchdringt leicht die Blut-Liquor- und Plancenta-Schranke.

Verhältnis von Methyl-Hg in Erythrocyten und Plasma beträgt

beim Menschen ca. 20:1.

◊ Elimination erfolgt fäkal (90%) und renal (10%).

• Akute und chronische Toxizität:

‣ Schädigt vor allem das ZNS, wo die Reaktion mit SH-Gruppen

und Nucleinsäuren zur Störung der Proteinsynthese, der Membranstruktur,

der O 2

-Verwertung und zum Zelltod führt.

• Chronische Toxizität:

‣ Parästhäsien (Kribbeln oder taubes, brennendes Gefühl).

‣ Ataxie (Störung der Bewegungskoordination).

‣ Hör- und visuelle Defekte.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – “Merkurialismus”

◊ Quecksilbersaum: HgS-Ablagerung im Zahnfleich

◊ Ptyalismus: Abnormer Speichelfluss

(Parotisschwellung: Entzündung der Ohrspeicheldrüse

◊ Stomatitus mercuralis: Geschwürbildung


Erethismus mercuralis: Psychische Erregbarkeit

◊ Tremor mercuralis: Zitterschrift

◊ Sprachstörung: Stammeln

M. Gey Metalle-II

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5. Organisches Hg – praktische Bedeutung

Verbindung

Verwendung

CH 3 Hg CH 3

CH 3

CH 2 Hg CH 2 CH 3

Dimethylquecksilber

Diethylquecksilber

Fungizide,

Saatbeizmittel

M. Gey Metalle-II

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5. Organisches Hg – praktische Bedeutung

Verbindung

Verwendung

O OCH 3

C NH CH 2 CH CH 2 Hg OH

O CH 2 COONa

Mersalyl

Diuretikum (Salyrgan,

nicht mehr im Handel)

Hg OOC CH 3

Phenylquecksilberacetat

Bakterizid

Spermizid

M. Gey Metalle-II

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5. Organisches Hg – praktische Bedeutung

Verbindung

Verwendung

HO

O

O

Hg OOC CH 3

Quecksilbersalicylat

Bakterizid auf Schleimhaut

(wasserunlöslich)

COONa

S Hg CH 2 H 5

Thiomersal

Schleimhautdesinfiziens

(z.B. Merthiolat)

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Vorkommen-II

CH 4

CH 2

H 6

Luft

(CH 3)2

Hg

Hg 0

Fisch

CH 3

Hg +

Bakterieterien

Bak-

Hg 0 CH 3

Hg + (CH 3)2

Hg

Schalentiere

CH 3

SHgCH 3

CH 3

SHgCH 3

Wasser

Sediment

Bakterien

Bakterien

Hg 2

2+

Hg 2+ Hg 0

Bakterien

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Therapie bei Intoxikationen


Anorganische Hg-Verbindungen:

• Gabe von BAL (British Anti-Lewisite, Dimercaptopropanol)

◊ Vergiftungen mit Hg° und organischem Hg

• Gabe von Dimercaptobernsteinsäure (DMSA,

dimercaptosuccinic acid)

• Gabe von Dimercaptopropansulfonat (DMPS).

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

Metalle-II

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5. Quecksilber – Minamata-Krankheit







Methyl-Quecksilber-Intoxikation der Anwohner der

Minamata-Bucht (Japan, 1953 … 1960).

Einleitung von Hg-verseuchtem Schlamm aus eine Fabrik, in

der Acetaldehyd hergestellt wurde.

Durch Einwirkung von Bakterien (s. “Vorkommen-2”)

entstand Methyl-Hg, das sich im Plankton einlagerte.

Meerestiere (Fische) akkumulierten die Hg-Verbindungen,

die so in die Nahrungskette gelangten.

Es traten bis 50 mg Hg/kg Fisch auf!

Durch Verzehr der kontaminierten Meerestiere wurden

täglich ca. 1,4 bis 4 mg Quecksilber aufgenommen.

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber – Minamata-Krankheit



Zielorgan bei der Intoxikation ist das ZNS (neurologische

Schäden).

Latenzzeit bis zum Ausbruch der Krankheit erstreckte ich

über mehrere Jahre.

◊ Symptome: Zittern. Lähmungen, Sprach-, Hör- und

Sehstörungen.



Methyl-Hg ist plazentagängig: Anreicherung im Fetus

(ausgeprägte Fetotoxizität).

Bei mehr als 100 Anwohner der Minamatabucht kam es zu

Intoxikationen; ca. 100 starben!

M. Gey Metalle-II

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5. Quecksilber - Amalgam

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5. Quecksilber - Amalgam

Älteste Amalgamfüllung der Welt

wurde in einem Backenzahn

(nach Ausgrabung) von Prinzessin

Anna Ursula von Braunschweig

(1573-1601) gefunden.

Stock entdeckt 1939,

dass Amalgamfüllungen

Hg abgeben.

Aus Amalgamfüllungen

werden Hg°-Dampf und

Hg 2+ -Ionen freigesetzt.

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

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5. Quecksilber - Amalgam

Franz-Xaver Reichl “TA Toxikologie”

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